Алексей Неелов, Игорь Смирнов
За 188 лет своего существования Зоологический институт Российской академии наук (ЗИН) в Санкт-Петербурге прошел длинный путь от Императорского Зоологического музея до современного научного учреждения, возглавляющего в России научные исследования по одной из основополагающих биологических дисциплин — систематической зоологии.
Многолетние исследования фауны Антарктики имели широкий международный резонанс и поставили Зоологический институт РАН в ряд основных мировых центров. Кроме того, для морских зоологов Института эти исследования очень важны еще и тем, что обильные коллекционные материалы первых же антарктических экспедиций позволили значительно расширить научную тематику — впервые начать разработку различных вопросов систематики, экологии и биогеографии фауны Мирового океана на основании изучения собственных материалов. Эти исследования планируется проводить и в дальнейшем, согласно концепции правительства Российской Федерации — «Обеспечение геополитических интересов Российской Федерации в Антарктике».
Все это открывает новую страницу в деле изучения океанической биоты, что стало возможным только благодаря многолетним целенаправленным исследованиям отечественных ученых по выявлению биоразнообразия региональных фаун в Южном океане, прежде всего сотрудников Зоологического института РАН, Института океанологии РАН и институтов системы ВНИРО (Всесоюзный институт рыбного хозяйства и океанографии).
В 2020 году отмечается 200‑летие открытия российскими мореплавателями под командованием будущих адмиралов Ф. Ф. Беллинсгаузена и М. П. Лазарева шестого материка — Антарктиды. Это событие произошло 16 января 1820 года по старому стилю, а через месяц 17 февраля шлюпы «Восток» и «Мирный» в третий раз подошли близко к ледяному континенту. Так получилось, что одному из авторов этой статьи, именно 17 февраля, но уже 1981 года, посчастливилось оказаться в том же месте у берегов Антарктиды, где наши прославленные мореплаватели увидели опять «матёрую землю», ныне на картах это место называется морем Лазарева.
По причине отказа приглашенных немецких натуралистов участвовать в экспедиции, казанский астроном Иван Михайлович Симонов, принимавший участие в этом кругосветном плавании, собрал небольшие естественно-научные материалы и передал их Казанскому университету.
Спустя 135 лет, в ноябре 1955 года, в период Международного геофизического года, к берегам шестого континента отправилась современная отечественная антарктическая экспедиция на двух дизель-электроходах «Обь» и «Лена», возглавляемая замечательным советским исследователем Арктики Михаилом Михайловичем Сомовым. А 5 января 1956 года на берегу моря Дейвиса был поднят советский флаг, и развернулось строительство первой советской антарктической станции Мирный. Одновременно начались научные работы на материке и в акватории Южного океана, которые с разной интенсивностью и успехами продолжаются уже 65 лет. С самого начала активное участие в антарктических исследованиях приняли и отечественные биологи. Именно они, имея богатый опыт морских работ на Дальнем Востоке и в Арктике, сразу поняли и оценили уникальность подводной жизни в водах Антарктики, ее удивительное богатство, разнообразие жизненных форм, то что мы теперь называем биологическим разнообразием; удивительный, для холодных вод с температурой минус 1,9 °С, гигантизм многих обитателей дна и их яркую окраску. Однако все морские исследования преимущественно проводились с борта судов с помощью дночерпателей, драг и тралов на доступных для судовых работ глубинах шельфа и склона континентальной ступени или склонах приантарктических островов. Прибрежная мелководная зона жизни и ее обитатели оказывались недоступными для изучения из-за постоянного закрытия мелководья сплошным или разрушающимся (битым) льдом. Стало понятно, что без водолазных работ изучение верхних прибрежных отделов морей и связанных с ними льдов осуществить невозможно. Единственное, что можно было очень просто делать, это ловить рыбу со льда на удочку, и, как оказалось, вместе с рыбами нередко рыбакам-полярникам попадались и различные представители беспозвоночных животных — обитатели дна.
Зоологические и гидробиологические исследования российских ученых в Антарктике имеют сравнительно короткую историю, 65 лет назад у нас практически не было собственных данных по биологии антарктических морских обитателей. Поэтому с 1955 года пришлось начинать с самых азов — с накопления первых собственных зоологических коллекций, то есть с того, чем Англия, Франция, Бельгия и ряд других европейских стран занимались уже десятки лет. Однако наши исследования антарктической фауны проводились весьма интенсивно, и сейчас даже трудно сразу представить объем и научное значение работ, проделанных при ведущем участии Зоологического института за последние шестьдесят лет.
Все эти исследования были проведены в различных районах Антарктики в диапазоне глубин от 100 метров и глубже, вплоть до максимальных глубин 8800 метров в Южном Сандвичевом желобе. Но большинство из них было проведено на шельфе, значительно меньше в верхней части континентального склона, совсем немного работ осуществлено на океаническом дне, и лишь единичные — в глубоководных желобах, то есть в ультраабиссали, или хадали. Аналогичные работы выполняли и зарубежные экспедиции.
Благодаря сборам участников многочисленных экспедиций Академии наук, Арктического и Антарктического научно-исследовательского института, Роскомрыболовства из труднодоступных районов Южного полушария (более 2000 станций) в Зоологическом институте хранится одна из крупнейших в мире зоологических коллекций антарктических беспозвоночных и рыб. В настоящее время эта коллекция превышает цифру в 60 000 единиц хранения. Изучение биологического разнообразия животных в целом — это фундаментальная научная проблема, которая разрабатывается комплексно на основе систематических, зоогеографических, экологических, молекулярно-генетических подходов, с применением информационных технологий, доля которых возрастает с каждым годом. Важнейшим инструментом и информационной основой такого рода исследований служат зоологические коллекции.
Значительным событием в консолидации и интенсификации антарктических исследований послужило создание «Межлабораторной группы антарктических исследований». Эта группа фактически возникла в Зоологическом институте в 1955—1956 годах, когда началась новая эра в изучении Южного океана. Зоологи Института объединились при подготовке и проведении работ в Антарктике, и началось накопление коллекций антарктической фауны. В группу вошли сотрудники из разных лабораторий: ихтиологи, специалисты по беспозвоночным животным, паразитологи, протистологи, орнитологи и териологи.
По материалам обработки собранных коллекций специалисты ЗИН и других учреждений опубликовали серии статей и монографий, касающихся в первую очередь наиболее важных групп животных, таких, как рыбы и массовые беспозвоночные — губки, гидроиды, моллюски, многощетинковые черви, ракообразные и иглокожие. Была создана новая серия «Результаты биологических исследований Советских антарктических экспедиций». В 1966—1969 годах вышел двухтомный «Атлас Антарктики», удостоенный Государственной премии СССР. В 2005‑м — новый «Атлас океанов. Антарктика».
В более поздние годы поисковые и исследовательские экспедиции продолжались с разной степенью интенсивности. Их сборы пополняли антарктический коллекционный фонд ЗИН, сделав его со временем одним из самых репрезентативных в мире. На фундаменте этих коллекций оказалось возможным разработать фаунистические предпосылки для поиска наиболее массовых скоплений донных и пелагических промысловых рыб в Антарктике.
В 70‑е годы ХХ века начался новый этап в изучении Антарктики, когда советские биологи-аквалангисты при активном содействии Межлабораторной антарктической группы стали изучать антарктическое мелководье с помощью легководолазного снаряжения. Такие исследования проходили в течение двух летних антарктических сезонов возле отечественных станций Мирный и Молодежная (Восточная Антарктида) и у Южных Шетландских островов, а третья водолазная экспедиция работала в Антарктике почти полтора года (1970—1972) возле архипелага Хасуэлл (у Мирного). Эти работы значительно обогатили коллекции и позволили изучить сезонные явления на мелководьях ряда районов Южного океана. Кроме того, был установлен ряд специфичных для Антарктики биологических особенностей. Дело в том, что до недавнего времени неизученной оставалась жизнь в прибрежных водах Антарктиды. То есть в тех районах, где неблагоприятные для развития жизни факторы среды достигают своего экстремального воздействия: отрицательное влияние припайного льда, глубоко сидящих айсбергов, материковых и шельфовых ледников, постоянно низких отрицательных температур воды на грани замерзания, приводящих к сезонному образованию массы кристаллов внутриводного и донного («якорного») льда и многое другое.
В Лаборатории морских исследований Зоологического института Александром Николаевичем Голиковым и Орестом Александровичем Скарлато был разработан количественный водолазный метод изучения мелководных биоценозов. Этот метод успешно применялся при исследовании дальневосточных морей (залив Посьета, Сахалин, Шантарские и Курильские острова, Камчатка) и в высоких широтах Арктики (архипелаг Земли Франца-Иосифа, Новосибирские острова, остров Врангеля и другие).
Ученые Института уже имели положительный опыт применения количественного водолазного метода совместно с группой Михаила Владимировича Проппа в период его работы в Мурманском морском биологическом институте. И этот опыт было решено перенести в Антарктику.
Но одно дело — исследование мелководий у приантарктических островов, а также в единственном районе у континента, где летом не бывает льда — у западных берегов Антарктического полуострова с прилегающими островами, то есть в тихоокеанском секторе Антарктики. Другое — сбор морских животных под метровыми льдами непосредственно у шестого континента. Первые гидробиологические работы у материка с применением легководолазного снаряжения были осуществлены американцем Верне Пэкхемом в море Росса с ноября 1961 по октябрь 1962 года. Пэкхем изучал экологию бентоса и фотографировал распределение донных животных до глубины 53 метра в заливе Мак-Мёрдо и провел 35 одиночных погружений.
Примерно в это же время организацию подводных биологических работ у берегов шестого континента взяла на себя Межлабораторная группа антарктических исследований Института. В море Дейвиса первые сезонные гидробиологические исследования антарктической донной биоты под припайным льдом в районе обсерватории Мирный осуществлялись советскими биологами А. Ф. Пушкиным и Е. Н. Грузовым под руководством М. В. Проппа в 1965—1968 годах. Также были исследованы районы у станции Молодежная и в бухте Ардли острова Кинг-Джордж, у станции Беллинсгаузен на Южных Шетландских островах.
Методические и научные результаты этих двух экспедиций оказались весьма интересными по своей новизне и значению. Была безаварийно освоена техника и методика количественных водолазных гидробиологических исследований в условиях Восточной Антарктиды в воде с температурой до минус 1.9 °С. За два сезона произведено 316 рабочих исследовательских погружений, как по чистой воде, так и под припайным льдом, у стенок айсбергов и в других сложных условиях. В антарктической сублиторали под двухметровым припайным льдом открыта богатейшая донная фауна и собраны обширные коллекции из прибрежных районов Восточной и Западной Антарктиды до глубины 50—60 метров.
Однако решение многих вопросов упиралось в полное отсутствие каких-либо данных о сезонной динамике сублиторальных и подледных (криопелагических) биоценозов. Для разработки этих вопросов требовалась зимовка с проведением круглогодичных подводных наблюдений, фото-документацией и сборами, количественных учетов и экспериментов. С этой целью была организована 3‑я гидробиологическая водолазная экспедиция, проработавшая под руководством Е. Н. Грузова непрерывно почти полтора года в районе архипелага Хасуэлл близ Мирного (1970—1972).
Проведенные подводниками работы дали первое представление о составе и распределении фауны и флоры на исследованных мелководных участках шельфа Восточной Антарктиды. Погружения круглый год позволили получить интересные сведения о сезонных изменениях антарктического населения.
Для Института это было чрезвычайно масштабное исследовательское мероприятие, потребовавшее много сил и средств еще при своей организации. Экспедиция успешно обосновалась на маленьком скальном островке близ Мирного, имея в своем распоряжении собственные жилые и лабораторные помещения, мощный гусеничный вездеход, автомашину с краном, электростанцию, повышенного качества подводное оборудование и фототехнику. Группа работала напряженно и самоотверженно, осуществив в труднейших условиях огромный объем исследований. В течение летнего времени и длинной полярной ночи совершено более 1300 рабочих погружений, в результате которых получены уникальные материалы и наблюдения с первой характеристикой сезонных явлений в прибрежных и криопелагических биоценозах. Во время этой экспедиции впервые проводились наблюдения над биологическими циклами и адаптациями у морских обитателей, многие из которых в зимний период впадают в состояние анабиоза в условиях отрицательных температур воды и отсутствия света, а значит, и пищи.
В дальнейшем биологические водолазные работы практически прервались на долгие 30 лет. Начиная с 2006 года, после длительного перерыва, гидробиологи ЗИНа снова приступили к исследованиям прибрежных мелководий с помощью акваланга. Группа биологов Института из пяти человек под руководством Б. И. Сиренко провела сезонные водолазные работы в бухте Нелла залива Прюдс моря Содружества в районе станции Прогресс в Восточной Антарктиде, а также вблизи китайской станции в западной части залива.
Для того, чтобы оценить характер глобальных изменений, вызванных антропогенным воздействием и изменением климата, необходимо знать изначальное состояние природных экосистем. Именно для этого нужно проводить биологический мониторинг, то есть постоянные наблюдения за состоянием экосистем и характером их изменений, вызванных различными факторами, как подвластными человеку, так и не зависящими от него, в том числе климатическими. Для таких наблюдений были выбраны донные сообщества в заливе Прюдс. Донные экосистемы обладают способностью «запоминать» в накапливающихся донных осадках и своей структуре предыдущие состояния и поэтому как нельзя лучше подходят для биологического мониторинга.
Сотрудники Зоологического института совместно с ботаниками Ботанического института осуществляют мониторинговые исследования в различных районах Южного океана, в том числе, в двух различных прибрежных акваториях: в высокоширотном районе Восточной Антарктиды — заливе Прюдс, в низкоширотном районе Западной Антарктики — в южной составляющей АЦТ — в бухте Ардли острова Кинг-Джордж, в группе Южных Шетландских островов.
Особый интерес представляет сравнение фауны и флоры в различных мелководных участках антарктических морей. К настоящему времени имеются сведения о составе доминирующих форм фауны и флоры Южных Шетландских островов, северной части Антарктического полуострова, морей Космонавтов, Содружества, Дейвиса и Росса. Первые два участка, которые находятся значительно севернее Южного полярного круга, резко отличаются от остальных, расположенных непосредственно в высоких широтах на шельфе Антарктиды. Несмотря на то, что на шельфе северной части Антарктического полуострова и Южных Шетландских островов встречаются многие широко распространенные антарктические виды, на мелководьях развиты сообщества с резким доминированием разнообразных водорослей, да и в фауне часто появляются другие, не обитающие в антарктических морях. Это обусловлено целым рядом причин, среди которых — положительная температура в летний период у Южных Шетландских островов и у северной части Антарктического полуострова.
Сравнение доминирующих по биомассе видов, наиболее часто встречающихся в донных сообществах морей Содружества и Дейвиса, показало существенное сходство. Более половины доминирующих видов, отмеченных для моря Дейвиса, оказались общими и для моря Содружества. Следует отметить, что мелководные участки во всех районах Антарктики, за исключением северо-западной части Антарктического полуострова заселены сообществами, в которых доминируют по биомассе в основном широко распространенные циркумантарктические виды, к которым относятся морской еж Sterechinus neumayeri, моллюск Laternula elliptica, многощетинковый червь Perkinsiana littoralis, голотурия Staurocucumis turqueti и другие виды.
Гипотеза Грузова
Многие стороны истории становления уникальной шельфовой фауны приантарктических морей, особенно ее прибрежной мелководной зоны — сублиторали как и самого шельфа, оставались лишь догадками. Более сорока лет назад сотрудник Лаборатории морских исследований ЗИНа Евгений Николаевич Грузов (1933—2010) впервые выдвинул концепцию сохранения (переживания) мелководной донной шельфовой фауны на батиальных глубинах континентального склона материка во время максимального оледенения Антарктиды и затем уже отсюда вторичного заселения шельфа, освобождающегося при отступлении ледника, пережившей «ледниковый период» батиальной фауной.
Помимо исследования донных биоценозов мелководья приконтинентальных морей Антарктиды, Е. Н. Грузова очень интересовал вопрос происхождения и особенностей вертикального распределения антарктической донной фауны. Он выяснил, что вертикальное распределение морских звезд, как и других групп морского бентоса, обладает целым рядом специфических для Антарктиды особенностей:
- Большинство видов широко распространены по всем горизонтам шельфа;
- Мелководная фауна в Восточной Антарктиде вообще не имеет специфических представителей и состоит из выходцев средних отделов шельфа, а в Западной Антарктиде число специфических мелководных видов крайне мало;
- Средние и нижние отделы шельфа лишены вертикальной зональности, а их фауна сходна с фауной верхних отделов склона;
- Нижняя граница распространения большинства шельфовых видов сдвинута по склону вниз, и только на глубине 700—1200 метров в фауне склона начинают играть заметную роль глубоководные элементы.
По мнению Евгения Николаевича, подобное своеобразное вертикальное распределение антарктической донной фауны можно объяснить только с точки зрения гипотезы П. С. Воронова (1960), заключающейся в том, что во время максимального оледенения лежащий на грунте материковый ледяной щит распространялся на север до самого края шельфа. Это, как полагал Грузов, привело к частичной гибели фауны, живущей в относительно узких постоянных условиях среды, и оттеснения ее представителей, способных жить на разных глубинах, в батиаль — глубоководную зону дна Мирового океана. На границе шельфа и склона или на верхних отделах склона сформировалась фауна донных животных, весьма близкая к современной, которая после отступления края ледника дала начало современной шельфовой фауне Антарктиды.
Развитие оледенения Антарктиды одновременно неизбежно приводило к тому, что шельфовый ледник, как и гигантские айсберги, становился орудием полного истирания поверхности шельфа, то есть приводило к полному уничтожению жизни на самом шельфе. Единственной возможностью существования биоты в такой ситуации были уход на глубины склона — в батиаль и выработка приспособлений — адаптаций к жизни при отрицательных температурах. Именно и только такие животные после отступления ледников с шельфа стали вновь заселять освобождающиеся его пространства. Оборотной стороной этого вторичного заселения континентального шельфа батиальной фауной является значительно меньшее видовое представительство — биоразнообразие в изученной Грузовым группе животных — морских звезд, но, как оказалось, также и в еще большей степени у змеехвосток (офиур) и мелководных видов рыб.
Животные не знают государственных границ и национальностей. В зоологии есть только систематические и классификационные подразделения, биологическая иерархия. Коллекции также интернациональны: с ними работают специалисты из разных стран мира. Коллекция ЗИН не является исключением.
Наука по умолчанию интернациональна, в отличие от многих других видов человеческой деятельности. Интернационализация науки предполагает сотрудничество, интеграцию во многих областях, объединение усилий по сбору и обработке полученных материалов и всей сопутствующей и результирующей информации, содружество, духовное единение и сближение культур в целом, в среде научных сотрудников разных стран и национальностей.
В 1959 году был заключен Международный договор об Антарктике, способствовавший развитию сотрудничества в исследовании Шестого континента. В антарктических морях, на островах и континенте работали в период с 1956 по 2018 год, советские и российские биологи, зачастую совместно с биологами разных стран. В 1962 году участниками советских антарктических экспедиций море в индоокеанском секторе было названо морем Содружества в ознаменование совместных работ по исследованию Антарктики.
Фото из архива авторов
Неелов Алексей Вадимович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатории ихтиологии Зоологического института РАН.
Смирнов Игорь Сергеевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатории морских исследований Зоологического института РАН.
